JP2008109021A - Semiconductor light emitting element - Google Patents
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Abstract
【課題】光取出面から取り出される光量を高めつつ偏光比の高い光を取り出し可能な半導体発光素子を提供する。
【解決手段】半導体発光素子1は、基板2と、基板2上に積層された窒化物半導体積層構造3と、アノード電極4と、カソード電極6と、反射層7とを備えている。基板2は、GaNの単結晶からなり、基板2の主面は、無極性面であるm面で構成されている。窒化物半導体積層構造3は、光を発光可能な活性層12を含み、GaN層、InGaN層及びAlGaN層からなる。反射層7は、光取出方向Aとは反対方向へ進行する光を光取出方向Aへと反射するためのものであり、光取出面Aとは反対側の面である基板2の底面2aに形成されている。反射層7は、Alからなり、光を反射するために基板2の底面2aとはショットキー接続されている。
【選択図】図1A semiconductor light emitting device capable of extracting light having a high polarization ratio while increasing the amount of light extracted from a light extraction surface.
A semiconductor light emitting device includes a substrate, a nitride semiconductor multilayer structure laminated on the substrate, an anode electrode, a cathode electrode, and a reflective layer. The substrate 2 is made of a single crystal of GaN, and the main surface of the substrate 2 is an m-plane that is a nonpolar surface. The nitride semiconductor multilayer structure 3 includes an active layer 12 that can emit light, and includes a GaN layer, an InGaN layer, and an AlGaN layer. The reflection layer 7 is for reflecting the light traveling in the direction opposite to the light extraction direction A in the light extraction direction A, and is formed on the bottom surface 2a of the substrate 2 which is the surface opposite to the light extraction surface A. Is formed. The reflective layer 7 is made of Al, and is Schottky connected to the bottom surface 2a of the substrate 2 to reflect light.
[Selection] Figure 1
Description
本発明は、窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子に関する。 The present invention relates to a semiconductor light emitting device having a nitride semiconductor multilayer structure.
従来、青色などの光を発光可能な活性層を有する様々な窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子が知られている。 2. Description of the Related Art Conventionally, semiconductor light emitting devices having various nitride semiconductor multilayer structures having active layers capable of emitting blue light or the like are known.
例えば、特許文献1には、サファイア基板上にGaN層、活性層を構成するInGaN層又はAlGaN層などの複数の窒化物半導体層が積層された窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子が開示されている。また、この半導体発光素子では、基板の底面に窒化アルミニウムからなる反射層が形成されている。 For example, Patent Document 1 discloses a semiconductor light emitting device having a nitride semiconductor multilayer structure in which a plurality of nitride semiconductor layers such as a GaN layer, an InGaN layer constituting an active layer, or an AlGaN layer are laminated on a sapphire substrate. Has been. In this semiconductor light emitting device, a reflective layer made of aluminum nitride is formed on the bottom surface of the substrate.
特許文献1の半導体発光素子では、基板の底面に反射層を設けることにより、活性層から光取出方向の反対方向、即ち、基板側に進行する光をも反射させて光取出方向から取り出すことを可能としている。これにより、光取出方向とは反対側から放出されていた光をも光取出方向から取り出すことができるので、光取出方向へと取り出される光量を向上させることができた。
しかしながら、上述した特許文献1の半導体発光素子では、反射層を設けることにより光取出方向へと取り出させる光量を向上させることができたが、活性層において発光される光が偏光していないため、取り出される光の偏光比が低いといった問題がある。 However, in the semiconductor light emitting device of Patent Document 1 described above, the amount of light extracted in the light extraction direction can be improved by providing the reflective layer, but the light emitted in the active layer is not polarized, There is a problem that the polarization ratio of the extracted light is low.
本発明は、上述した課題を解決するために創案されたものであり、光取出面から取り出される光量を高めつつ偏光比の高い光を取り出し可能な半導体発光素子を提供することを目的としている。 The present invention has been made in order to solve the above-described problems, and an object of the present invention is to provide a semiconductor light emitting device capable of extracting light having a high polarization ratio while increasing the amount of light extracted from the light extraction surface.
上記目的を達成するために、請求項1に記載の発明は、光を発光可能な活性層を含む窒化物半導体積層構造を備えた半導体発光素子において、前記窒化物半導体積層構造の主面が、略無極性面又は略半極性面であり、前記活性層により発光された光が取り出される光取出面とは反対側の面には、光を光取出面へと反射するための反射層を備え、前記反射層は、金属からなり、形成された面とショットキー接続されていることを特徴とする半導体発光素子である。 In order to achieve the above object, the invention according to claim 1 is a semiconductor light emitting device having a nitride semiconductor multilayer structure including an active layer capable of emitting light, wherein the main surface of the nitride semiconductor multilayer structure is: A reflection layer for reflecting light to the light extraction surface is provided on the surface opposite to the light extraction surface from which light emitted by the active layer is extracted, which is a substantially nonpolar surface or a substantially semipolar surface. The reflective layer is made of metal, and is a semiconductor light emitting element characterized by being Schottky connected to the formed surface.
ここで、略無極性面とは、無極性面及び無極性面の面方位からのオフ角が±1°以内である面を含む概念である。また、略半極性面とは、半極性面及び半極性面の面方位からのオフ角が±1°以内である面を含む概念である。 Here, the substantially nonpolar plane is a concept including a nonpolar plane and a plane whose off angle from the plane orientation of the nonpolar plane is within ± 1 °. Further, the substantially semipolar plane is a concept including a semipolar plane and a plane whose off angle from the plane orientation of the semipolar plane is within ± 1 °.
また、請求項2に記載の発明は、前記反射層が形成される面は、鏡面加工されていることを特徴とする請求項1に記載の半導体発光素子である。尚、ここでいう鏡面加工とは、例えば、反射層が形成される面の表面の凹凸の高さが、活性層で発光される光の波長よりも小さくなるように表面を加工することをいう。 The invention according to claim 2 is the semiconductor light emitting element according to claim 1, wherein the surface on which the reflective layer is formed is mirror-finished. Here, the mirror finish refers to, for example, processing the surface so that the height of the unevenness of the surface on which the reflective layer is formed is smaller than the wavelength of light emitted from the active layer. .
本発明によれば、略無極性面又は略半極性面を主面とする窒化物半導体積層構造を備えることにより、活性層において偏光した光を発光させることができるので、取り出される光の偏光比を高めることができる。また、発光した光のうち、光取出面と反対側に進行した光は、一般に外部の筐体などにより散乱されて偏光比が低下するが、本発明では、ショットキー接続された金属からなる反射層を設けることにより、光取出面とは逆方向に進行した光を光取出面へと反射することができるので、光が光取出面の反対側から放出されて、外部で散乱されることに起因する偏光比の低下を抑制できる。これにより、光取出面から取り出される光量を高めつつ、偏光比を高めることができる。 According to the present invention, by providing a nitride semiconductor multilayer structure having a substantially nonpolar surface or a substantially semipolar surface as a main surface, it is possible to emit polarized light in the active layer. Can be increased. Of the emitted light, the light traveling to the opposite side of the light extraction surface is generally scattered by an external housing or the like and the polarization ratio is lowered. In the present invention, however, the reflection made of a Schottky-connected metal is used. By providing a layer, light traveling in the direction opposite to the light extraction surface can be reflected to the light extraction surface, so that light is emitted from the opposite side of the light extraction surface and scattered outside. The resulting decrease in the polarization ratio can be suppressed. Thereby, it is possible to increase the polarization ratio while increasing the amount of light extracted from the light extraction surface.
また、反射層が形成される面を鏡面加工することにより、反射層に入射する光が当該面で散乱されることを抑制できるので、より偏光比の高い光を取り出すことができる。 Moreover, since the surface on which the reflective layer is formed is mirror-finished, light incident on the reflective layer can be prevented from being scattered by the surface, so that light with a higher polarization ratio can be extracted.
以下、図面を参照して本発明を発光ダイオード(LED)に適用した第1実施形態について説明する。図1は、第1実施形態による半導体発光素子(発光ダイオード)の断面図である。 Hereinafter, a first embodiment in which the present invention is applied to a light emitting diode (LED) will be described with reference to the drawings. FIG. 1 is a cross-sectional view of the semiconductor light emitting device (light emitting diode) according to the first embodiment.
図1に示すように、半導体発光素子1は、基板2と、基板2上に積層された窒化物半導体積層構造3と、アノード電極4と、カソード電極6と、反射層7とを備えている。
As shown in FIG. 1, the semiconductor light emitting device 1 includes a substrate 2, a nitride
基板2は、GaN(窒化ガリウム)の単結晶からなる。尚、GaNの単結晶の製造方法は特に限定されるものではない。基板2の主面には、窒化物半導体積層構造3が積層される。この基板2の主面は、無極性面であるm面で構成されている。尚、m面は、GaNの結晶構造を六角柱の六方晶と近似した場合、六角柱の側面に相当する面(例えば、(10−10)面)のことである。また、基板2の面のうち光取出方向Aの反対側の面、即ち、反射層7が形成される側の面である底面2aは、表面の凹凸の高さが後述する活性層12により発光される光の波長よりも小さくなるように鏡面加工されている。
The substrate 2 is made of a single crystal of GaN (gallium nitride). The method for producing a single crystal of GaN is not particularly limited. A nitride
窒化物半導体積層構造3は、基板2側から順に、n型コンタクト層11と、活性層12と、ファイナルバリア層13と、p型電子阻止層14と、p型コンタクト層15とが積層されている。ここで、上述したように基板2の主面をm面で構成しているので、基板2の主面上に積層された窒化物半導体積層構造3の主面も、活性層12において偏光された光を発光することが可能な無極性面であるm面に構成されている。
In the nitride
n型コンタクト層11は、n型のドーパントとして濃度が約1×1018cm―3のシリコンがドープされた約3μm以上の厚みを有するn型GaN層からなる。 The n-type contact layer 11 is composed of an n-type GaN layer having a thickness of about 3 μm or more doped with silicon having a concentration of about 1 × 10 18 cm −3 as an n-type dopant.
活性層12は、シリコンがドープされた厚さ約3nmのInGaN層と厚さ約9nmの厚さのGaN層とが交互に5周期積層された量子井戸構造を有する。この活性層12は、約430nmの光を発光する。 The active layer 12 has a quantum well structure in which an InGaN layer with a thickness of about 3 nm doped with silicon and a GaN layer with a thickness of about 9 nm are alternately stacked for five periods. This active layer 12 emits light of about 430 nm.
ファイナルバリア層13は、約40nmの厚みを有するGaN層からなる。尚、ドーピングについては、p型、n型及びノンドープのいずれでもよいが、ノンドープが好ましい。 The final barrier layer 13 is composed of a GaN layer having a thickness of about 40 nm. The doping may be any of p-type, n-type and non-doped, but non-doped is preferred.
p型電子阻止層14は、p型のドーパントとして濃度が約3×1019cm−3のマグネシウムがドープされた約28nmの厚みを有するAlGaN層からなる。 The p-type electron blocking layer 14 is an AlGaN layer having a thickness of about 28 nm doped with magnesium having a concentration of about 3 × 10 19 cm −3 as a p-type dopant.
p型コンタクト層15は、p型のドーパントとして濃度が約1×1020cm−3のマグネシウムがドープされた約70nmの厚みを有するGaN層からなる。p型コンタクト層15の光取出方向A側の光取出側面15aは、活性層12から発光された光を窒化物半導体積層構造3から取り出すためのものである。この光取出側面15aの表面は、光の散乱を抑制して偏光比の低下を抑制するために、凹凸が約100nm以下になるように鏡面加工されている。例えば、結晶成長により、上述したような平坦な鏡面を得ることができる。
The p-type contact layer 15 is made of a GaN layer having a thickness of about 70 nm doped with magnesium having a concentration of about 1 × 10 20 cm −3 as a p-type dopant. The light
アノード電極4は、Ni層及びAu層をp型コンタクト層15側から順に積層した金属層からなる。アノード電極4は、p型コンタクト層15とオーミック接続されるとともに、窒化物半導体積層構造3の水平方向(積層方向と直行する方向)の全領域に均一に電流を流すためにp型コンタクト層15上の略全面を覆うように形成されている。このアノード電極4は、活性層12により発光された光を透過可能な約200Å以下の厚みを有する。アノード電極4の光取出面4aは、活性層12により発光された光が取り出される面であって、p型コンタクト層15の光取出側面15aと同様に、表面の凹凸が約100nm以下になるように鏡面加工されている。例えば、電子ビーム蒸着法を用いれば、上述したような鏡面を得ることができる。このように、鏡面加工された光取出側面15a及び光取出面4aによって、活性層12から発光された光は散乱が抑制されるので偏光比が高く維持されたまま取り出される。アノード電極4上の一部の領域には、Ti層及びAu層が積層された接続部5が設けられている。
The anode electrode 4 is made of a metal layer in which a Ni layer and an Au layer are stacked in order from the p-type contact layer 15 side. The anode electrode 4 is ohmically connected to the p-type contact layer 15 and the p-type contact layer 15 in order to allow a current to flow uniformly in the entire region of the nitride
カソード電極6は、Ti層及びAl層が積層されている。カソード電極6は、n型コンタクト層11の上面のうち露出されている領域にオーミック接続された状態で形成されている。 The cathode electrode 6 is formed by laminating a Ti layer and an Al layer. The cathode electrode 6 is formed in an ohmic connection with the exposed region of the upper surface of the n-type contact layer 11.
反射層7は、光取出方向Aとは反対方向へ進行する光を光取出方向Aへと反射するためのものであり、光取出面4aとは反対側の面である基板2の底面2aに形成されている。反射層7は、Alからなり、光を反射するために基板2の底面2aとはショットキー接続されている。尚、反射層7を構成する材料は、Alに限定されるものではなく、PtやAgなどにより構成しても良い。
The reflection layer 7 is for reflecting the light traveling in the direction opposite to the light extraction direction A in the light extraction direction A, and is formed on the
次に、上述した半導体発光素子1の動作説明をする。この半導体発光素子1では、アノード電極4から電子が供給されるとともに、カソード電極6からホールが供給されると、n型コンタクト層11を介して活性層12に電子が注入され、半導体層13〜15を介して活性層12にホールが注入される。活性層12に注入された電子及びホールは結合して約430nmの光を発光する。ここで窒化物半導体積層構造3の主面は無極性面であるm面なので、活性層12により発光された光は偏光している。
Next, the operation of the semiconductor light emitting device 1 described above will be described. In the semiconductor light emitting device 1, when electrons are supplied from the anode electrode 4 and holes are supplied from the cathode electrode 6, electrons are injected into the active layer 12 through the n-type contact layer 11, and the semiconductor layers 13 to 13 are formed. Holes are injected into the active layer 12 via 15. The electrons and holes injected into the active layer 12 are combined to emit light of about 430 nm. Here, since the main surface of the nitride
この偏光した光のうち、光取出方向Aに進行する光は、半導体層13〜15及びアノード電極4を透過して外部に取り出される。一方、光取出方向Aと反対方向に進行する光は、反射層7により光取出方向Aへと反射される。ここで、反射層7が形成される側の基板2の底面2aは鏡面加工されているので、底面2aで光の散乱を抑制できる。このため、光の偏光比の低下を抑制できるので、基板2側へ進行した光も散乱されることなく偏光状態を略保ったまま、半導体層13〜15及びアノード電極4を透過して外部に取り出される。
Of the polarized light, the light traveling in the light extraction direction A passes through the semiconductor layers 13 to 15 and the anode electrode 4 and is extracted outside. On the other hand, the light traveling in the direction opposite to the light extraction direction A is reflected in the light extraction direction A by the reflective layer 7. Here, since the
次に、上述した半導体発光素子の製造方法について説明する。 Next, a method for manufacturing the semiconductor light emitting element described above will be described.
まず、主面が無極性面のm面でありGaNの単結晶からなる基板2を用意する。ここで、無極性面であるm面を主面とする基板2は、まず、C面を主面とするGaN単結晶基板を切り出した後、(0001)方向及び(11−20)方向の両方に関する方位誤差が±1°以内(好ましくは±0.3°以内)になるようにCMP法(化学的機械的研磨法)によって表面を研磨し、鏡面加工することによって作製される。これにより、m面を主面とし、転位や積層欠陥といった結晶欠陥が少なく、表面の段差が原子レベルまで抑制された基板2を得ることができる。 First, a substrate 2 made of a single crystal of GaN having a non-polar m-plane main surface is prepared. Here, the substrate 2 having the m-plane which is a nonpolar plane as the main surface is first cut out of a GaN single crystal substrate having the C-plane as the main surface, and then both the (0001) direction and the (11-20) direction. The surface is polished by a CMP method (chemical mechanical polishing method) so that the azimuth error is within ± 1 ° (preferably within ± 0.3 °), and is mirror-finished. As a result, it is possible to obtain the substrate 2 having the m-plane as a main surface, few crystal defects such as dislocations and stacking faults, and the surface step is suppressed to the atomic level.
次に、上述した基板2上にMOCVD法により窒化物半導体積層構造3を成長させる。具体的には、まず、基板2をMOCVD装置(図示略)の処理室内に導入し、加熱及び回転可能なサセプタ上に配置する。尚、処理室内は、1/10気圧〜常圧に設定され、常に処理室内の雰囲気が排気されている。
Next, the nitride
次に、表面の荒れを抑制しつつGaN層を成長させるために、基板2が保持された処理室内にキャリアガス(H2ガス)によってアンモニアガスを供給しつつ、基板2の温度を約1000℃〜約1100℃に昇温させる。 Next, in order to grow a GaN layer while suppressing surface roughness, the temperature of the substrate 2 is set to about 1000 ° C. while ammonia gas is supplied by a carrier gas (H 2 gas) into the processing chamber in which the substrate 2 is held. Raise the temperature to about 1100 ° C.
次に、基板2の温度が約1000℃〜約1100℃まで上昇した後、キャリアガスによってアンモニア、トリメチルガリウム及びシランを処理室に供給して、シリコンがドープされたn型GaN層からなるn型コンタクト層11を成長させる。 Next, after the temperature of the substrate 2 rises to about 1000 ° C. to about 1100 ° C., ammonia, trimethyl gallium, and silane are supplied to the processing chamber by a carrier gas, and an n-type GaN layer made of silicon-doped n-type GaN layer is formed. The contact layer 11 is grown.
次に、基板2の温度を約700℃〜約800℃に設定した後、キャリアガスによってアンモニア、トリメチルガリウムを処理室に供給してノンドープのGaN層を成長させた後、上述のガスとともにシラン及びトリメチルインジウムを供給することによりシリコンがドープされたInGaN層を成長させる。 Next, after the temperature of the substrate 2 is set to about 700 ° C. to about 800 ° C., ammonia and trimethyl gallium are supplied to the processing chamber by a carrier gas to grow a non-doped GaN layer. An InGaN layer doped with silicon is grown by supplying trimethylindium.
そして、これらノンドープのGaN層とシリコンがドープされたInGaN層を成長させる工程を交互に所望の回数繰り返すことによって量子井戸構造を有する活性層12を形成する。その後、キャリアガスによってアンモニア及びトリメチルガリウムを処理室に供給して、GaN層からなるファイナルバリア層13を成長させる。 Then, the active layer 12 having a quantum well structure is formed by alternately repeating the process of growing the non-doped GaN layer and the silicon-doped InGaN layer a desired number of times. Thereafter, ammonia and trimethylgallium are supplied to the processing chamber by the carrier gas, and the final barrier layer 13 made of the GaN layer is grown.
次に、基板2の温度を約1000℃〜約1100℃まで昇温させた後、キャリアガスによってアンモニアガス、トリメチルガリウム、トリメチルアルミニウム及びエチルシクロペンタジエニルマグネシウムを処理室に供給して、マグネシウムがドープされたp型AlGaN層からなるp型電子阻止層14を成長させる。 Next, after raising the temperature of the substrate 2 to about 1000 ° C. to about 1100 ° C., ammonia gas, trimethylgallium, trimethylaluminum and ethylcyclopentadienylmagnesium are supplied to the processing chamber by a carrier gas, A p-type electron blocking layer 14 made of a doped p-type AlGaN layer is grown.
次に、基板2の温度を約1000℃〜約1100℃に保ったまま、キャリアガスによってアンモニアガス、トリメチルガリウム及びエチルシクロペンタジエニルマグネシウムを処理室に供給して、マグネシウムがドープされたGaN層からなるp型コンタクト層15を成長させる。これによって窒化物半導体積層構造3が完成する。
Next, while maintaining the temperature of the substrate 2 at about 1000 ° C. to about 1100 ° C., ammonia gas, trimethyl gallium and ethylcyclopentadienyl magnesium are supplied to the processing chamber by a carrier gas, and the GaN layer doped with magnesium is supplied. A p-type contact layer 15 made of is grown. Thereby, the nitride
次に、電子線ビーム蒸着法又は抵抗加熱法を用いて金属蒸着装置により基板2の底面2aにAlからなる反射層7を成長させる。ここで反射層7と基板2とをショットキー接続させるために、反射層7を形成した後にアニールなどの工程は行わない。
Next, the reflective layer 7 made of Al is grown on the
次に、抵抗加熱法または電子線ビームによる金属蒸着装置によって、アノード電極4を形成する。その後、窒化物半導体積層構造3及び反射層7が形成された基板2をエッチング室に移動させて、n型コンタクト層11の一部が露出するように窒化物半導体積層構造3の一部をプラズマエッチングする。
Next, the anode electrode 4 is formed by a resistance heating method or a metal vapor deposition apparatus using an electron beam. Thereafter, the substrate 2 on which the nitride
次に、抵抗加熱法または電子線ビーム蒸着法による金属蒸着装置によって、接続部5、カソード電極6を形成する。この後、劈開により各素子ごとに分割されて、図1に示す半導体発光素子1が完成する。 Next, the connection portion 5 and the cathode electrode 6 are formed by a metal vapor deposition apparatus using a resistance heating method or an electron beam vapor deposition method. Thereafter, each element is divided by cleavage to complete the semiconductor light emitting element 1 shown in FIG.
次に、本発明による半導体発光素子の効果を証明するために行った実験について説明する。 Next, an experiment conducted to prove the effect of the semiconductor light emitting device according to the present invention will be described.
まず、実施例として光取出面とは反対側の面である基板の底面に200nmの厚みを有する反射層を設けた半導体発光素子を作製した。更に、これらの半導体発光素子に、活性層により発光される偏光の偏光方向と偏光方向が平行な偏光板を光取出面に設けたものを実施例A1とし、活性層により発光される偏光の偏光方向と偏光方向が垂直な偏光板を光取出面に設けたものを実施例B1として作製した。 First, as an example, a semiconductor light emitting device was fabricated in which a reflective layer having a thickness of 200 nm was provided on the bottom surface of the substrate, which is the surface opposite to the light extraction surface. Further, in these semiconductor light emitting devices, a polarizing plate in which the polarization direction of the polarized light emitted from the active layer is parallel to the polarization direction is provided as Example A1, and the polarized light emitted by the active layer is polarized. A polarizing plate having a direction perpendicular to the direction of polarization and a polarizing plate provided on the light extraction surface was produced as Example B1.
次に、比較例として、基板の底面に反射層を有さない以外は実施例と同じ構成を有する半導体発光素子を作製した。更に、これらの半導体発光素子に、活性層により発光される偏光の偏光方向と偏光方向が平行な偏光板を光取出面に設けたものを比較例A2とし、活性層により発光される偏光の偏光方向と偏光方向が垂直な偏光板を光取出面に設けたものを比較例B2として作製した。 Next, as a comparative example, a semiconductor light-emitting element having the same configuration as that of the example was manufactured except that the bottom surface of the substrate did not have a reflective layer. Furthermore, these semiconductor light-emitting elements are provided with a polarizing plate having a polarization direction parallel to the polarization direction of the light emitted by the active layer on the light extraction surface as Comparative Example A2, and polarized light of the polarization emitted by the active layer A polarizing plate having a direction perpendicular to the direction of polarization and a polarizing plate provided on the light extraction surface was produced as Comparative Example B2.
次に、それぞれの発光強度を測定した。実施例A1、B1の各波長における発光強度の測定結果を図2に、比較例A2、B2の各波長における発光強度の測定結果を図3に示す。 Next, each emission intensity was measured. The measurement results of the emission intensity at each wavelength in Examples A1 and B1 are shown in FIG. 2, and the measurement results of the emission intensity at each wavelength in Comparative Examples A2 and B2 are shown in FIG.
ここで、測定された発光強度に基づく、実施例A1、B1及び比較例A2、B2の光の強さをそれぞれIA1、IB1、IA2、IB2とすると、実施例A1、B1の偏光比ρ1は、
ρ1=(IA1−IB1)/(IA1+IB1)=0.87
となり、比較例A2、B2の偏光比ρ2は、
ρ2=(IA2−IB2)/(IA2+IB2)=0.84
となった。この結果、反射層を設けることにより、偏光比が0.03上昇したことが証明された。
Here, assuming that the light intensities of Examples A1 and B1 and Comparative Examples A2 and B2 based on the measured emission intensity are I A1 , I B1 , I A2 , and I B2 , the polarizations of Examples A1 and B1 The ratio ρ 1 is
ρ 1 = (I A1 −I B1 ) / (I A1 + I B1 ) = 0.87
The polarization ratio ρ 2 of Comparative Examples A2 and B2 is
ρ 2 = (I A2 −I B2 ) / (I A2 + I B2 ) = 0.84
It became. As a result, it was proved that the polarization ratio increased by 0.03 by providing the reflective layer.
上述したように、第1実施形態による半導体発光素子1では、無極性面であるm面を主面とする窒化物半導体積層構造3を備えているので、活性層12において偏光した光が発光する。ここで発光した光のうち、光取出方向Aと逆方向に進行した光は、一般に基板の底面から放出された後、外部の筐体などにより散乱されて偏光比が低下するが、第1実施形態による半導体発光素子1では、基板2の底面2aに反射層7を設けることにより、光取出方向Aとは反対方向に進行した光を光取出方向Aへと反射することができるので、光が基板2の底面2aから放出されて、外部で散乱されることに起因する偏光比の低下を抑制することができる。
As described above, the semiconductor light emitting device 1 according to the first embodiment includes the nitride
これにより、光取出面4aから取り出される光量を向上させることができるとともに、偏光比の高い光を光取出面4aから取り出すことができる。更に、基板2の底面2aを鏡面加工することにより、基板2から反射層7に光が入射する際に、底面2aにおける光の散乱を抑制することができるので、より偏光比の高い光を取り出すことができる。
Accordingly, the amount of light extracted from the light extraction surface 4a can be improved, and light having a high polarization ratio can be extracted from the light extraction surface 4a. Furthermore, when the
このように半導体発光素子1は、偏光比が高い光を取り出せるので、液晶ディスプレイの光源として半導体発光素子1を適用した場合、光を偏光させるための偏光フィルターを一つ省略することができる。または、偏光フィルターを透過する光の割合を大きくすることができる。 Thus, since the semiconductor light emitting device 1 can extract light having a high polarization ratio, when the semiconductor light emitting device 1 is applied as a light source of a liquid crystal display, one polarizing filter for polarizing the light can be omitted. Or the ratio of the light which permeate | transmits a polarizing filter can be enlarged.
以上、実施形態を用いて本発明を詳細に説明したが、本発明は本明細書中に説明した実施形態に限定されるものではない。本発明の範囲は、特許請求の範囲の記載及び特許請求の範囲の記載と均等の範囲により決定されるものである。以下、上記実施形態を一部変更した変更形態について説明する。 As mentioned above, although this invention was demonstrated in detail using embodiment, this invention is not limited to embodiment described in this specification. The scope of the present invention is determined by the description of the claims and the scope equivalent to the description of the claims. Hereinafter, modified embodiments in which the above-described embodiment is partially modified will be described.
例えば、各層を構成する材料や厚み、ドーパントの濃度などは適宜変更可能である。 For example, the material and thickness constituting each layer, the concentration of the dopant, and the like can be changed as appropriate.
また、上述の実施形態では、本発明を発光ダイオードに適用した例を示したが、レーザなど他の装置に本発明を適用してもよい。 Moreover, although the example which applied this invention to the light emitting diode was shown in the above-mentioned embodiment, you may apply this invention to other apparatuses, such as a laser.
また、上述の実施形態では、基板2の主面をm面としたが、基板の主面はm面に限定されるものではなく、活性層で発光された光を偏光させることが可能な略無極性面又は略半極性面によって構成してもよい。尚、略無極性面又は略非極性面とは、無極性面及び半極性面のみならず、無極性面から±1°以内のオフ角を有する面及び半極性面から±1°以内のオフ角を有する面を含む概念である。ここで、基板を構成するGaNの結晶構造及び結晶面について簡単に説明する。GaNの結晶構造は、六角柱型の六方晶系で近似することができる。そして、六角柱の軸方向に沿うC軸を法線とする面がC面(0001)となる。既知の通り、GaNの結晶構造では、分極方向がC軸方向に沿っているため、C面が+C軸側の面と−C軸側の面とで異なる性質を示すので、C面は極性面(Polar Plane)となる。一方、六角柱の側面がそれぞれm面(10−10)であり、隣り合わない一対の稜線を通る面がa面(11−20)である。これらは、C面に対して垂直な結晶面であり、分極方向に対して直交しているので、極性のない無極性面(Nonpolar Plane)である。また、C面に対して平行でもなく直角でもなく傾斜している結晶面は、分極方向に対して斜めに交差しているので、若干の極性を有する半極性面(Semipolar Plane)である。半極性面の具体例としては、(10−1−1)面、(10−1−3)面、(11−22)面、(11−24)面、(10−12)面などがある。 In the above-described embodiment, the main surface of the substrate 2 is the m-plane, but the main surface of the substrate is not limited to the m-plane, and it is an abbreviation that can polarize light emitted from the active layer. You may comprise by a nonpolar surface or a substantially semipolar surface. In addition, a non-polar surface or a substantially non-polar surface is not only a non-polar surface and a semi-polar surface, but also a surface having an off angle within ± 1 ° from the non-polar surface and an off within ± 1 ° from the semi-polar surface. It is a concept including a surface having a corner. Here, the crystal structure and crystal plane of GaN constituting the substrate will be briefly described. The crystal structure of GaN can be approximated by a hexagonal hexagonal system. A surface having the C axis along the axial direction of the hexagonal column as a normal is a C surface (0001). As is known, in the GaN crystal structure, since the polarization direction is along the C-axis direction, the C-plane shows different properties between the + C-axis side surface and the −C-axis side surface. (Polar Plane). On the other hand, the side surfaces of the hexagonal columns are m-planes (10-10), respectively, and the plane passing through a pair of ridge lines that are not adjacent to each other is the a-plane (11-20). These are crystal planes perpendicular to the C-plane and orthogonal to the polarization direction, and thus are nonpolar planes having no polarity. Further, the crystal plane that is neither parallel nor perpendicular to the C plane is inclined with respect to the polarization direction, and is therefore a semipolar plane having a slight polarity. Specific examples of the semipolar plane include (10-1-1) plane, (10-1-3) plane, (11-22) plane, (11-24) plane, and (10-12) plane. .
また、基板を構成する材料はGaN単結晶に限定されるものではなく、主面がm面又はa面のサファイア基板、主面が(100)面又は(110)面のスピネル基板、主面がm面のSiC基板、LiAlO2基板、などを適用することもできる。 The material constituting the substrate is not limited to a GaN single crystal, but a sapphire substrate whose principal surface is an m-plane or a-plane, a spinel substrate whose principal surface is a (100) plane or (110) plane, An m-plane SiC substrate, LiAlO 2 substrate, or the like can also be applied.
1 半導体発光素子
2 基板
2a 底面
3 窒化物半導体積層構造
4 アノード電極
4a 光取出面
5 接続部
6 カソード電極
7 反射層
11 型コンタクト層
12 活性層
13 ファイナルバリア層
14 n型電子阻止層
15 p型コンタクト層
15a 光取出側面
DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 Semiconductor light-emitting device 2
Claims (2)
前記窒化物半導体積層構造の主面が、略無極性面又は略半極性面であり、
前記活性層により発光された光が取り出される光取出面とは反対側の面には、光を光取出面へと反射するための反射層を備え、
前記反射層は、金属からなり、形成された面とショットキー接続されていることを特徴とする半導体発光素子。 In a semiconductor light emitting device having a nitride semiconductor multilayer structure including an active layer capable of emitting light,
The main surface of the nitride semiconductor multilayer structure is a substantially nonpolar surface or a substantially semipolar surface,
The surface opposite to the light extraction surface from which the light emitted by the active layer is extracted is provided with a reflection layer for reflecting light to the light extraction surface,
The reflective layer is made of metal and is Schottky connected to the formed surface.
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